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Ein effizienter Plug/In-Hybrid mit Allradantrieb, der rund ein Viertel weniger Sprit verbraucht als ein vergleichbares Serienfahrzeug – das ist das Ergebnis des Forschungsprojektes „DrEM Hybrid“ des Instituts für Automatisierungstechnik der TH Köln. Zusammen mit den Unternehmen Meta Motoren- und Energie-Technik sowie Centre for Concepts in Mechatronics (CCM) haben die Wissenschaftler der Hochschule einen innovativen Antriebsstrang entwickelt, der die Drehzahl des Verbrennungsmotors von der Fahrzeuggeschwindigkeit entkoppelt. So kann dieser immer im effizienten Bereich laufen.
Das Projekt wurde unterstützt durch das Förderprogramm Ziel 2 des Landes Nordrhein-Westfalen und das EU-Förderprogramm Eureka.
Kernstück der neuen Antriebstopologie ist eine sogenannte „Doppelt rotierende Elektrische Maschine“ (DrEM), die zwischen Vorderachsdifferential und Verbrennungsmotor eingebunden ist. Durch sie kann der Verbrennungsmotor als Range Extender unabhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Räder bei jeder beliebigen Drehzahl betrieben werden. „Optimal ist eine Drehzahl zwischen 2.000 und 3.400 Umdrehungen. Dann erreichen wir bei einer „Standardfahrt“ nach dem Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) eine Spritersparnis von 25 Prozent gegenüber einem serienmäßigen Fahrzeug seiner Klasse“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Andreas Lohner, Leiter des Labors für Leistungselektronik, Elektrische Antriebe und Automatisierungstechnik, der gleichzeitig Konsortialführer des „DrEM Hybrid“ Projekts war.
Der Verbrennungsmotor treibt die Vorderachse an, wobei über die DrEM, je nach Arbeitspunkt, die Batterie ge- oder entladen wird. „Die Hinterräder haben jeweils einen radnah angeordneten Elektromotor, der auch einzeln angesteuert wird. Damit erhöhen wir sowohl die Fahrstabilität, als auch die Fahrdynamik“, erklärt der wissenschaftliche Mitarbeiter und Doktorand Magnus Böh. Für kurze Strecken kann der Prototyp auch rein elektrisch fahren und hat dann eine Reichweite von etwa 25 Kilometern. Dann arbeitet die DrEM als „klassischer“ Elektromotor und erhöht das Traktionsmoment des Fahrzeugs. Die Batterien können an jeder normalen Steckdose aufgeladen werden, was eine emissionsfreie Fortbewegung ermöglicht.
„Die sogenannten Split-Hybride werden bislang serienmäßig mit sehr komplexen Planetengetrieben ausgerüstet“, sagt Böh. „Der von uns gewählte Aufbau des Antriebs mit der DrEM ist deutlich einfacher und könnte in großer Stückzahl kostengünstiger produziert werden.“ In der dreijährigen Projektlaufzeit lag der Fokus neben der Entwicklung des Antriebsstrangs auf den umfangreichen Simulations- und Programmierungsarbeiten. Insgesamt zwölf Bachelor- und Masterarbeiten wurden im Rahmen des Projektes angefertigt, eine Doktorarbeit steht vor der Fertigstellung. „Als nächsten Schritt möchten wir unser Konzept weiterentwickeln und die Simulationsergebnisse ‚auf der Straße‘ verifizieren – entweder über ein Förderprogramm oder mit einem Industriepartner. Dazu sind wir auf der Suche nach Kooperationspartnern“, sagt Lohner.
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transregional, national
Research results
German
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